PNAS：找到生长素作用的玄机

　　报道：植物的叶片形状千变万化，有披针形、矛形、肾形、菱形、箭头形、卵形、圆形、勺形、心形、泪珠形、镰刀形等等。这些形状的生成取决于植物生长素的分配，而生长素决定着植物细胞分裂和伸长的速度。

　　为何一个简单的分子能够塑造如此复杂多变的形状呢?因为生长素能与大量控制基因表达的蛋白相互作用，施加自己的影响。近年来，人们发现了越来越多这样的蛋白，生长素的信号传导机制也越发复杂起来。

　　现在，华盛顿大学的研究团队对生长素信号网络中的蛋白进行研究，找到了理解整个网络的关键所在。这项研究于三月二十四日发表在美国国家科学院院刊PNAS杂志上。

　　研究人员解析了一个关键转录因子的晶体结构。他们发现，该蛋白的互作区域折叠起来，形成分别带正负电荷的两面，就像一个磁铁。这样的结构区域允许蛋白相互吸引，形成长链或寡聚物。文章的资深作者，助理教授Lucia Strader指出，通过这些链的长度变化，植物可以精密调节不同细胞对生长素的应答，产生细微的结构差异。(推荐阅读：Nature特刊：X射线晶体衍射百年纪)

　　塑造叶片形状只是植物生长素多种作用中的一个，其他还包括帮助植物向光源弯曲、根系向下生长、枝条向上生长、和果实发育等等。“吲哚3乙酸(IAA)是最强力的植物生长素，几乎涉及了植物生活史的方方面面，”Strader说。

　　在生长素及其影响的基因之间，涉及了大量的蛋白。研究人员指出，这些蛋白组合在每个细胞中都不同，整个系统相当复杂。为了进一步理解这一系统，文章的第一作者David A. Korasick获得了转录因子ARF7的晶体结构，该蛋白可帮助拟南芥向光源弯曲。

　　据介绍，此前的抑制子-转录因子互作模型已经建立了15年之久。人们一致认为抑制子平躺在转录因子上，抑制子的两个结构域分别与转录因子的两个结构域配对。而Korasick建立的结构模型显示，ARF7的两个结构域折叠在一起，形成像磁铁一样的互作区域。他们将这个拥有正电和负电两面的互作区域称为PB1结构域。据介绍，真菌、动物和植物都具有这样的结构域。

　　研究人员指出，同样拥有PB1结构域的抑制蛋白，可以与这种转录因子结合。研究显示，转录因子PB1结构域的两面必须各结合一个转录因子，才能够抑制生长素对它的影响。

　　这就意味着，抑制蛋白与转录因子此前的一对一模型是错误的，Strader 说。“这样的相互作用不只局限在两个蛋白之间，可能涉及了数百个蛋白。”

　　例如，在Korasick的晶体结构中，五个ARF7的PB1结构域相互连接，形成了一个五聚体。“我把PB1结构域看成是磁铁，”Strader说。“它们能够前后颠倒着相连，形成长链。”

　　研究人员指出，随着植物的进化，生长素的信号传导系统变得越来越复杂。举例来说，与复杂的大豆相比，简单苔藓的信号传导蛋白就少得多。这说明生长素信号传导对植物相当重要，Korasick说。

　　“植物和动物的差异在于，”Strader说。“植物具有坚硬的细胞壁。当植物细胞决定分裂或伸长时，将是一个永久性的决定，因此需要极为严密的控制。”